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工具平台编译器基于Windows平台VxWorks交叉编译工具的设计

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1 交叉编译工具链功能说明
交叉编译技术,就是一种在一个异构平台上编译出目标平台程序的技术。比如在PC平台(X86 CPU)上编译出能运行在以VxWorks为内核的CPU平台上的程序,编译得到的程序在X86 CPU平台上是不能运行的,必须放到VxWorks CPU平台上才能运行。
每一个软件在编译的过程中都要经过一系列的处理,才能从源代码变成可执行的目标代码。这一系列处理包括预编译、高级语言编译、汇编、链接及重定位。这一套流程里面用到的每个工具和相关的库组成的集合,就称为工具链(tool chain)。以GNU的开发工具GCC为例,它就包括了预编译器CPP、C编译器GCC、汇编器AS和链接器LD等。在GNU自己对工具链定义中,还加进了一套额外的用于处理二进制包的工具包Binutils,整个工具链应该是GCC+Binutils+Glibc。对于i586-wrs-vxworks工具来说,因为在生成VxWorks交叉编译工具链时,用到的C库文件是从Tornado开发软件中提取出来的,所以生成的实际交叉编译工具链应该是GCC+Binutils+Tornado(C库文件)。GCC(GNU C Compiler)是一个C语言编译器。随着众多自由开发者的加入和GCC自身的发展,如今的GCC已经是一个包含众多语言的编译器了。其中包括C、C++、Ada、Object C和Java等。所以,GCC也就变为GNU Compiler Collection,也就是GNU编译器集合。当然,如今的GCC借助其特性,具有了交叉编译器的功能,所以又将GCC称为交叉编译工具链。

2 i586-wrs-vxworks交叉编译工具链制作背景
现在市场上有很多公司的PLC选用的是基于WindRiver(风河)公司的Vxworks系列产品。
一般说来,在开发VxWorks嵌入式的平台时,开发厂商会推出一整套交叉编译工具链来配合自身的嵌入式产品,但是这些由商业公司提供的工具链,都不会附有工具链相关的源代码和制作方法,灵活性不足,并且它们一般都与整套开发系统捆绑销售使用,成本较高。为了更好地理解这种技术和降低成本,我们使用了国际开源组织GNU开发的工具链作为产品开发的工具,提供了更好的使用灵活性。

3 交叉编译工具链设计
要构建出一个交叉工具链,需要解决3个问题:
①这个工具链必须是可以运行在原工作站平台上的。
②需要更换一个与目标平台对应的汇编器,使得工具链能产生对应的目标代码。
③要更换一套与目标平台对应的二进制库,使得工具链在连接时能找到正确的二进制库。
根据这样的思路,采取了如下几个步骤:
3.1 确定宿主机平台、目标机平台及开发工具
根据项目要求,GCC交叉编译工具要能工作在基于Windows构架的平台,编译生成的可执行代码要能够满足基于X86结构的VxWorks嵌入式平台。编译时选用的开发平台为Windows XP,开发工具为Cygwin。
Cygwin当初首先对GCC、GDB、GAS等开发工具进行了改进,使它们能够生成并解释Win32的目标文件。然后,他们要把这些工具移植到Wi-ndows平台上去。一种方案是基于Win32 API对这些工具的源代码进行大幅修改,这样显然需要做大量工作。因此,采取了一种不同的方法——写一个共享库(cygwin.dll),把Win32 API中没有的Unix风格的调用(如fork、spawn、signals、select、sockets等)封装在里面,也就是说,基于Win32 API写了一个Llnix系统库的模拟层。这样,只要把这些工具的源代码和这个共享库连接到一起,就可以使用Unix主机上的交叉编译器来生成可以在Windows平台上运行的工具集。

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3.2 选择开发资源包
GCC、Binutils文件均有各自的版本号,不是任意组合都可以编译成功并最终建立一个交叉编译环境的。基于稳定性方面考虑,这里选用的GCC和Binutils版本较老一点,但是大多数工程人员推荐的版本(Binutils-2.10,GCC-2.95.3)。

3.3 建立环境变量
该步骤的目的是方便重复输入路径,直接输入绝对路径也是可行的。声明以下环境变量的目的是在之后编译工具库的时候会用到,方便输入,尤其是可以降低输错路径的风险。

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3.4 生成Binutils二进制库
Binutils是GNU工具之一,它包括链接器、汇编器和其他用于目标文件和档案的工具,是二进制代码的处理维护工具。安装Binutils工具包含的程序有addr2line、ar、as、c++filt、gprof、ld、am、objcopy、objdump、ranlib、readelf、size、strings、strip、libiberty、libbfd和libopcodes。
首先安装二进制工具,使用主机的GCC进行编译。生成的交叉二进制工具i586-wrs-vxworks-ar、i586-wrs-vxwor-ks-as、i586-wrs-vxworks-ld等是编译其他交叉程序的基础,所以必须放到第一步进行。编译过程如下:
d.JPG
编译完成以后,将会生成Binutils工具,对这些工具作用的解释略——编者注。
3.5 生成i586-wrs-vxworks交叉编译工具链
配置参数如下:
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执行完编译,安装命令之后,将会在$PREFIX/bin/文件夹中生成工具。至此,一个完整的基于VxWorks的GCC交叉编译工具链就建立起来了。

5 结论
本文生成的i586-wrs-vxworks交叉编译工具链通过了大量的工程实践与测试,可以良好地运行在基于Windows操作系统的PC机平台上,编译和链接基于Vx-Works平台的程序,从而满足了VxWorks商业软件嵌入式应用的开源化,能为客户节约不少经济开销,但是改进GCC对代码的优化还有待进一步的研究。


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